Informe De Operaciones Unitarias Bombas 2d4c47

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Resumen

Bombas

El presente informe se realizó el 12 de mayo del presente año bajo las siguientes condiciones de trabajo: temperatura de 21°C y una presión de 756 mmHg. A dichas condiciones se obtuvieron los resultados para una presion de succion constante y presión de descarga variable (SERIE 1) y para una presion de succion variable y presión de descarga constante (SERIE 2), junto a ello se tomaron los datos de potencia, voltaje, intensidad de corriente y tiempo. Con estos datos se determinó la carga total, potencia, NPSH (disponible y requerido) y eficiencia de la bomba. En base a los resultados antes mencionados se podrá cumplir con el objetivo principal de la práctica, determinar por las curvas características de una bomba centrífuga monofásica. Dicha bomba presenta las siguientes características : marca “Hidrostal”, modelo 32-125-0.5M, potencia de 0.5Hp, con una frecuencia de 60Hz y una velocidad de 3450 RPM. La carga máxima calculada fue de 12.4987m y la eficiencia máxima motor-bomba fue de 39.76% con un caudal de 0.00277 m❑3 /s . En base lo desarrollado es evidente que el caudal que desarrolla la bomba influye sobre la carga total, NPSH (disponible y requerido) y la eficiencia de la misma. La eficiencia de la bomba es aún baja y puede que no satisfaga las expectativas del comprador, lo que se recomienda es que se adecue una bomba más apropiada para el objetivo ya que la que se mostró era momentánea y a lo mejor no tiene mantenimiento periódico.

I. Introducción 1

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Las bombas representan equipos mecánicos que sirven para elevar los líquidos y conducirlos de un lugar a otro, o lo que es lo mismo, comunicarles cierta cantidad de energía que les permita vencer la resistencia de las tuberías a la circulación, así como, la carga que representa la diferencia de nivel entre el lugar de donde se toma el líquido y el lugar a donde se pretende llevar. Son máquinas hidráulicas que transforman el trabajo mecánico en trabajo eléctrico. (Fernandez-2010), para esto transforman la energía mecánica de un impulsor rotatorio en la energía cinética y potencial y requerida. Los líquidos circulan del lugar de mayor energía al lugar de menor energía; el suministrarle de la bomba al líquido tiene el objeto de producir el gradiente necesario para establecer la circulación y vencer las resistencias. La bomba centrífuga es el tipo de bomba más utilizado en la industria debido a su economía y versatilidad, además de las diferentes ventajas que tiene con respecto a los otros tipos de bombas que hay en el mercado. En una bomba centrífuga, el líquido, por medio de la presión atmosférica u otra presión de proceso, se ve forzado a pasar por un conjunto de álabes en movimiento. Estos álabes constituyen un impulsor que imprime velocidad, la cual se convierte en presión al descargar el líquido sobre el espacio disponible en la carcasa de la bomba. Para que esto se realice, es necesario abrir y cerrar las válvulas adecuadamente, para evitar pérdidas de agua.(Arthur-2006) Si una bomba centrífuga trata de expulsar más líquido del que puede absorber se producirá un efecto de vacío en el interior de la bomba. Esto reducirá la presión por lo que se producirán burbujas de vapor que principalmente rozaran a los álabes de los impulsores de la bomba, a este fenómeno se le denomina cavitación, que mecánicamente lo podemos definir como la ruptura del medio de líquido continuo bajo el efecto de tensiones excesivas, este fenómeno nos puede producir consecuencias negativas como la disminución de la capacidad de bombeo y del rendimiento de la bomba. (Castillo-2013)

2

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Objetivos general

Bombas

Conocer mediante la experimentación y la observación el funcionamiento de una bomba centrífuga, utilizando conceptos y herramientas básicas. Objetivos específicos ●

Determinar y analizar la eficiencia a la cual opera la bomba centrífuga presente

en el laboratorio. ● Evaluar la influencia de la variación del caudal, con respecto a la carga total, eficiencia mecánica, potencia real, potencia útil, NPSH (d) y NPSH (r). ● Evaluar la ocurrencia o no del fenómeno de cavitación en la bomba centrífuga. ● Conocer la importancia que representa saber las características de funcionamiento de una bomba.

II. Materiales y Métodos 2.1 Materiales: 2.1.1 Equipo ●

Una bomba centrífuga de ½ HP

3

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Marca: Hidrostal

Bombas

Tipo: 32-125-0.5 Potencia: 0.5 HP Frecuencia: 60 Hz 3450 RPM ● ● ● ● ● ●

Vacuómetro de 0 a 30 pulg de Hg Manómetro tipo reloj de 0 a 30 Psi Válvula de compuerta y globo Medidor de energía Tanque de hierro galvanizado Tanque de eternit

2.1.1 rios ●

Sistema de tuberías de 1.5 y 2 pulgadas

2.1.3 Instrumentos de medición ● ● ●

Cinta Métrica Termómetro Cronómetro

2.2 Métodos y Procedimiento 2.2.1 Parámetro de medición.- Los Parámetros que deben medirse en condiciones normales de operación y por lo menos dos ciclos de trabajo de producción, para realizar una correcta evaluación son los siguientes: a) Caudal b) Carga

(m❑3 /s) (m)

c) Temperatura

(K )

Simultáneamente a la realización a las mediciones del sistema de bombeo y al levantamiento de los datos de la bomba, es importante medir los parámetros eléctricos del motor acoplado a esta 2.2.2 Ecuaciones para hallar los resultados necesarios.- Todos ellos han sido explicados en la parte de INTRODUCCIÓN o ANEXOS y se mostrará su uso en los ejemplos de CÁLCULOS.

4

Laboratorio de operaciones unitarias 1 ● Cálculo del Caudal (Q) ● Velocidad de succión y descarga ( v d y V s ) ● Número de Reynolds de succión y descarga ● Factor de fricción de Darcy de succión y descarga h f de succión y descarga ● ● Presion de succion y descarga ● Altura del Proyecto (H) NPSH d ● ● Potencia real ● Potencia Útil ● Eficiencia

Bombas

2.2.3 Curvas características de una bomba centrífuga.- Las cuales serán explicadas en la parte de ANEXOS ● ● ●

Curva Caudal Vs Eficiencia Curva Caudal Vs Energia (altura total) Curva Caudal Vs NPSH

2.2.4 Procedimientos: ●

Realizamos las mediciones de las partes de la bomba, así como de los

diámetros y la altura desde el punto más alto del sistema, hasta la superficie del agua. ● Ubicamos puntos de referencia para medir el caudal, asegurandonos de que las válvulas se encuentren en buen estado ● Tomamos lecturas de dos series con seis corridas la de presion de succion constante y presión de descarga variable y de cinco corridas la de presión de descarga constante y presion de succion constante, teniendo cuidado de abrir y cerrar las válvulas adecuadamente. ● Para medir el caudal, fue necesario conocer los diámetros, además de tener cuidado al momento de descargar el fluido, es decir, utilizar el cronómetro.

5

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

III. Resultados y Discusiones

RESULTADOS Tabla N° 1 Condiciones de laboratorio

Temperatura Presión

21

(° C )

756

(mm Hg)

Tabla Nº2 Características de la Bomba Centrífuga

Potencia Velocidad Frecuencia

0.5

( HP) (RPM )

3450

( Hz)

60

Tipo

32-125-0.5M

Marca

HIDROSTAL

Tabla N°3 Propiedades del agua a 21°C

(Kgf /m❑2 )

Presión de Vapor Viscosidad

(Kg/m. s)

Densidad

(Kg/m❑ )

Peso específico

3

( Kgf /m❑3 )

Presión atmosférica

(Kgf /m❑2 )

253.73 0.000979 998.08 998.42 10300.154

6

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Tabla N°4 Características de las líneas de succión y descarga

Succión

Descarga

Diámetro nominal Cédula 40

2¨

1½ ¨

Diámetro interno (m)

0.0525

0.0409

Rugosidad

0.009

0.0012

Material

Hierro galvanizado

Hierro galvanizado

Tabla N°5 Características del tanque de descarga

Largo

(m)

0.6

Ancho

(m)

0.6

Altura

(m)

0.6

(m❑2)

0.36

Área Volumen

3

0.216

(m❑ )

Tabla Nº6 Presión de succión constante y presión de descarga variable (SERIE 1)

P succión

P descarga

Amperaje

Potencia

Voltaje

( Pulg . Hg)

(Psi)

( A)

( KW )

(V )

3

15

3.67

0.63

150

3

13

4.17

0.75

150

3

11

4.5

0.9

150

3,4

9

4.83

0.95

150

3,8

7

5

1

150

7

Laboratorio de operaciones unitarias 1 4,2

5,5

Bombas 5

1.05

150

Tabla Nº7 Tiempo (s) que tardó en subir 10 cm para Presión de succión constante y presión de descarga variable (SERIE 1)

Pd=15 Ps=3

Pd=13 Ps=3

Pd=11 Ps=3

Pd=9 Ps=3.4

Pd=7 Ps=3.8

Pd=5.5 Ps=4.2

t1

31

18

13

11

11

9

t2

31

19

14

12

11

9

t3

32

19

14

12

11

10

t4

33

18

15

13

11

11

Tabla Nº8 Caudal para presión de succión constante y presión de descarga variable (SERIE 1)

Caudal 1

Ps=3 Pd=15

Ps=3 Pd=13

Ps=3 Pd=11

0.0012

0.002

0.00277

0.00116

0.00189

0.00113 0.00109

Ps=3.4 Pd=9

Ps=3.8 Pd=7

Ps=4.2 Pd=5

0.00327

0.00327

0.004

0.00257

0.003

0.00327

0.004

0.00189

0.00257

0.003

0.00327

0.0036

0.002

0.00257

0.00327

0.00327

0.00327

(m❑3 /s) Caudal 2 3

(m❑ /s) Caudal 3 3

(m❑ /s) Caudal 4 3

(m❑ /s)

8

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Tabla Nº9 Presión de descarga constante y presión de succión variable (SERIE 2)

Bombas

P descarga

P succión

Amperaje

Potencia

Voltaje

(Psi)

(Pulg . Hg)

( A)

( KW )

(V )

2

13

4.33

0.85

150

2

11

4.67

0.95

150

2.5

9

5

1

150

4.5

7

4.83

1.03

150

5.5

5

5

1.1

150

Tabla Nº10 Tiempo (s) que tardó en subir cada 10 cm para presión de descarga constante y presión de succión variable (SERIE 2)

Ps=13 Pd=2

Ps=11 Pd=2

Ps=9 Pd=2.5

Ps=7 Pd=4.5

Ps=5 Pd=5.5

t1 (s )

15

12

11

10

11

t2

(s )

15

11

12

10

10

t3

(s )

15

10

12

10

10

t4

(s )

15

15

12

14

10

9

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Bombas Tabla Nº11 Caudal para presión de descarga constante y presión de succión variable (SERIE 2)

Caudal 1

Pd=2 Ps=13

Pd=2 Ps=11

Pd=2.5 Ps=9

Pd=4.5 Ps=7

Pd=5.5 Ps=5

0.0024

0.003

0.00327

0.0036

0.00327

0.0024

0.00327

0.00327

0.0036

0.0036

0.0024

0.0036

0.003

0.0036

0.0036

0.0024

0.0024

0.003

0.00257

0.0036

3

(m❑ /s) Caudal 2 3

(m❑ /s) Caudal 3 3

(m❑ /s) Caudal 4 3

(m❑ /s) Tabla Nº12 Caudal, velocidades, Reynolds y factor de Darcy (SERIE 1) Corrida

Repeticio nes

Q (m3/s)

V succión

V descarg a

Re succión

Re descarga

Fd succión

Fd descarga

1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1

0,0012 0,00116 0,00113 0,00109 0,002 0,00189 0,00189 0,002 0,00277 0,00257 0,00257 0,00257 0,00327 0,003 0,003 0,00327 0,00327 0,00327 0,00327 0,00327 0,004

0,5543 0,5359 0,522 0,5035 0,9239 0,8731 0,8731 0,9239 1,2796 1,1872 1,1872 1,1872 1,5106 13858 1,3858 1,5106 1,5106 1,5106 1,5106 1,5106 1,8478

0,9134 0,8829 0,8601 0,8296 1,5222 1,4385 1,4385 1,5222 2,1083 1,9561 1,9561 1,9561 2,4889 2,2834 2,2834 2,4889 2,4889 2,4889 2,4889 2,4889 3,0445

29667,9 28683,1 27939,1 26948,9 49450,1 46731,1 46731,1 49450,1 68488,3 63542,7 63542,7 63542,7 80852,1 74172,4 74172,4 80852,1 80852,1 80852,1 80852,1 80852,1 98900,1

38086,1 36814,4 35863,7 34591,9 63471,3 59981,3 59981,3 63471,3 87910,0 81563,7 81563,7 81563,7 103779,9 95211,2 95211,2 103779,9 103779,9 103779,9 103779,9 103779,9 126946,9

0,0244 0,0245 0,0248 0,0250 0,0215 0,0218 0,0218 0,0215 0,0120 0,0202 0,0202 0,0202 0,0190 0,0194 0,0194 0,0190 0,0190 0,0190 0,0190 0,0190 0,0180

0,0229 0,0231 0,0233 0,0235 0,0202 0,0204 0,0204 0,0202 0,0186 0,0189 0,0189 0,0189 0,0178 0,0182 0,0182 0,0178 0,0178 0,0178 0,0178 0,0178 0,0170

10

Laboratorio de operaciones unitarias 1 6 2 0,004 1,8478 6 3 0,0036 1,6630 6 4 0,00327 1,5105

3,0445 2,7401 2,4889

98900,1 89009,1 80846,8

126946,9 114254,3 103779,9

Bombas 0,0180 0,0170 0,0185 0,0174 0,0190 0,0178

Tabla N°13 Caudal, velocidades, Reynolds y factor de Darcy (SERIE 2) Corrida

Repeticio

Q (m3/s)

V succión

nes

1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

0,0024 0,0024 0,0024 0,0024 0,003 0,00327 0,0036 0,0024 0,00327 0,00327 0,003 0,003 0,0036 0,0036 0,0036 0,00257 0,00327 0,0036 0,0036 0,0036

1,1087 1,1087 1,1087 1,1087 1,3858 1,5106 1,6630 1,1087 1,5106 1,5106 1,3858 1,3858 1,6630 1,6630 1,6630 1,1872 1,5106 1,6630 1,6630 1,6630

V

Re

Re

Fd

Fd

descarga

succión

descarga

succión

descarga

1,8267 1,8267 1,8267 1,8267 2,2834 2,4889 2,7401 1,8267 2,4889 2,4889 2,2834 2,2834 2,7401 2,7401 2,7401 1,9561 2,4889 2,7401 2,7401 2,7401

59341.2 59341,2 59341,2 59341,2 74172,4 80852,1 89009,1 59341,2 80852,1 80852,1 74172,4 74172,4 89009,1 89009,1 89009,1 63542,7 80852,1 89009,1 89009,1 89009,1

76168,1 76168,1 76168,1 76168,1 95211,2 103779,9 114254,3 76168,1 103779,9 103779,9 95211,2 95211,2 114254,3 114254,3 114254,3 81563,7 103779,9 114254,3 114254,3 114254,3

0,0205 0,0205 0,0205 0,0205 0,0194 0,0190 0,0185 0,0205 0,0190 0,0190 0,0194 0,0194 0,0185 0,0185 0,0185 0,0202 0,0190 0,0185 0,0185 0,0185

0,0193 0,0193 0,0193 0,0193 0,0182 0,0178 0,0174 0,0193 0,0178 0,0178 0,0182 0,0182 0,0174 0,0174 0,0174 0,0189 0,0178 0,0174 0,0174 0,0174

11

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Tabla Nº14 Carga del sistema (SERIE 1)

Corrida

Repeticiones

hf descarga (m)

hf succión (m)

H sistema (m)

1

1

0,0287

0,0018

12,4987

1

2

0,0271

0,0017

12,4952315

1

3

0,0260

0,0016

12,4927555

1

4

0,0243

0,0015

12,4892957

2

1

0,0704

0,0044

11,1823957

2

2

0,0635

0,0040

11,167118

2

3

0,0635

0,004018

11,167136

2

4

0,0704

0,0044

11,1823957

3

1

0,1244

0,0047

9,89680457

3

2

0,1088

0,0069

9,86349278

3

3

0,1088

0,0069

9,86349278

3

4

0,088

0,0069

9,86349278

4

1

0,1659

0,0105

8,73041408

4

2

0,1428

0,0090

8,67425257

4

3

0,1428

0,0090

8,67425257

4

4

0,1659

0,0105

8,73041408

5

1

0,1659

0,0105

7,46039545

5

2

0,1659

0,105

7,46039545

5

3

0,1659

0,0105

7,46039545

5

4

0,1659

0,0105

7,46039545

6

1

0,2371

0,0149

6,36495259

6

2

0,2371

0,0149

6,36495259

6

3

0,1965

0,0124

6,26517387

12

Laboratorio de operaciones unitarias 1 6

4

Bombas 0,1659

0,0105

6,19039222

Tabla Nº15 Carga del sistema (Serie 2)

Corrida

Repeticiones

hf descarga (m)

hf succión (m)

H sistema (m)

1

1

0,0969

0,00607

6,955019607

1

2

0,0969

0,00607

6,955019607

1

3

0,0969

0,00607

6,955019607

1

4

0,0969

0,00607

6,955019607

2

1

0,1428

0,00898

6,372537889

2

2

0,1659

0,01045

6,428669404

2

3

0,1965

0,01233

6,503446456

2

4

0,0969

0,00607

6,263286669

3

1

0,1659

0,01045

6,08902777

3

2

0,1659

0,01045

6,08902777

3

3

0,1428

0,00898

6,032896255

3

4

0,1428

0,00898

6,032896255

4

1

0,1965

0,01233

6,880437101

4

2

0,1965

0,01233

6,880437101

4

3

0,1965

0,01233

6,880437101

4

4

0,1088

0,00686

6,668730116

5

1

0,1659

0,01045

6,81810972

5

2

0,1965

0,01233

6,892886772

5

3

0,1965

0,01233

6,892886772

5

4

0,1965

0,01233

6,892886772

13

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Tabla N°16 Datos calculados NPSHr Vs NPSHd (Serie 1)

Corrida

Repeticiones

Q (m3/s)

NPSHdisponible

NPSH requerido

1

1

0,00120

9,1802

0,759

1

2

0,00116

9,1829

0,743

1

3

0,00113

9,1847

0,729

1

4

0,00109

9,1872

0,712

2

1

0,00200

9,1113

1,069

2

2

0,00189

9,9622

1,029

2

3

0,00189

9,9622

1,029

2

4

0,00200

9,9506

1,069

3

1

0,00277

9,8731

1,331

3

2

0,00257

98809

1,265

3

3

0,00257

9,8809

1,265

3

4

0,00257

9,8809

1,265

4

1

0,00327

9,7729

1,487

4

2

0,00300

9,8176

1,404

4

3

0,00300

9,8176

1,404

4

4

0,00327

9,7729

1,487

5

1

0,00327

9,7729

1,487

5

2

0,00327

9,7729

1,487

5

3

0,00327

9,7729

1,487

5

4

0,00327

9,7729

1,487

6

1

0,00400

9,6349

1,702

6

2

0,00400

9,6349

1,702

6

3

0,00360

9,7139

1,586

14

Laboratorio de operaciones unitarias 1 6

4

0,00327

Bombas 9,7730

1,487

Tabla N°17 Datos calculados NPSHr Vs NPSHd (Serie 2)

Corrida

Repeticiones

Q (m3/s)

NPSH disponible

NPSH requerido

1

1

0,00240

9,0649

1,209

1

2

0,00240

9,0649

1,209

1

3

0,00240

9,0649

1,209

1

4

0,00240

9,0649

1,209

2

1

0,00300

8,9803

1,404

2

2

0,00327

8,9364

1,487

2

3

0,00360

8,8782

1,586

2

4

0,00240

9,0649

1,209

3

1

0,00327

8,9364

1,487

3

2

0,00327

8,9364

1,487

3

3

0,00300

8,9803

1,404

3

4

0,00300

8,9803

1,404

4

1

0,00360

8,8782

1,586

4

2

0,00360

8,8782

1,586

4

3

0,00360

8,8782

1,586

4

4

0,00257

9,0426

1,265

5

1

0,00327

8,9364

1,487

5

2

0,00360

8,8782

1,586

5

3

0,00360

8,8782

1,586

5

4

0,00360

8,8782

1,586

Tabla Nº18 Cálculo de eficiencia (Serie 1)

15

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Corrida

Repetición

P (util) kw

P(real) kw

n (eficiencia)

1

1

0,1469

0,5505

26,67

1

2

0,1419

0,5505

25,78

1

3

0,1382

0,5505

25,10

1

4

0,1333

0,5505

24,21

2

1

0,2190

0,6255

35,02

2

2

0,2066

0,6255

33,03

2

3

0,2070

0,6255

33,05

2

4

0,2190

0,6255

35,02

3

1

0,2684

0,675

39,76

3

2

0,2482

0,675

36,77

3

3

0,2482

0,675

36,77

3

4

0,2482

0,675

36,77

4

1

0,2795

0,7245

38,58

4

2

0,2548

0,7245

35,17

4

3

0,2558

0,7245

35,17

4

4

0,2795

0,7245

38,58

5

1

0,2389

0,75

31,85

5

2

0,2389

0,75

31,85

5

3

0,2389

0,75

31,85

5

4

0,2389

0,75

31,85

6

1

0,2493

0,75

33,24

6

2

0,2493

0,75

33,24

6

3

0,2208

0,75

29,44

6

4

0,1982

0,75

26,43

16

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Tabla Nº19 Cálculo de la eficiencia (Serie 2)

Corrida

Repetición

P (util) kw

P(real) kw

n (eficiencia)

1

1

0,1634

0,6495

25,16

1

2

0,1634

0,6495

25,16

1

3

0,1634

0,6495

25,16

1

4

0,1634

0,6495

25,16

2

1

0,1872

0,7005

26,72

2

2

0,2058

0,7005

29,38

2

3

0,2292

0,7005

32,72

2

4

0,1472

0,7005

21,01

3

1

0,1950

0,75

26,00

3

2

0,1950

0,75

26,00

3

3

0,1772

0,75

23,63

3

4

0,1772

0,75

23,63

4

1

0,2425

0,7245

33,47

4

2

0,2425

0,7245

33,47

4

3

0,2425

0,7245

33,47

4

4

0,1678

0,7245

23,16

5

1

0,2183

0,75

29,11

5

2

0,2430

0,75

32,40

5

3

0,2430

0,75

32,40

5

4

0,2430

0,75

32,40

17

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

DISCUSIÓN DE RESULTADOS ●

En la Gráfica N°01, se muestra la eficiencia de la bomba para la serie 1 a

diferentes caudales, donde se puede observar que la eficiencia máxima de la bomba es de

39,76

a un caudal de

0,00277 m❑3 /s

(ver Tabla N°18), por el comportamiento

de la curva nos damos cuenta que a medida que sube el caudal también sube la eficiencia pero llega a un punto máximo y luego decrece, con lo que podemos decir que esta bomba no es muy eficiente a altas presiones, además la eficiencia máxima de esta bomba se da en un corto intervalo de caudales (entre

0,0025−0,003 m❑3 /s ), estas

afirmaciones corroboran lo mencionado en la teoría (Ing. Silva, Teoría de bombasdiapositiva 22). ●

En la Gráfica N°07, se muestra la eficiencia de la bomba pero para la serie 2 a

diferentes caudales, donde se puede observar que la eficiencia máxima de la bomba es de

33,47

a un caudal de

3

0,0036 m❑ /s

(ver Tabla N°19), el comportamiento de

su curva muestra que la eficiencia aumenta al aumentar el caudal, llega a un punto donde decrece pero luego vuelve a subir llegando a su punto máximo, el cual también se da en un intervalo corto de caudales

(0,00327−0,0036 m❑3 / s) , demostrando una

vez más que nuestros resultados coinciden con la mencionado en la teoría (Ing. Silva, Teoría de bombas-diapositiva 22).

18

Laboratorio de operaciones unitarias 1 ●

Bombas

En la Gráfica N°05 se puede apreciar la gran diferencia entre la potencia real o

consumida por la bomba y la potencia útil, que es la potencia que realmente recibe el fluido por parte de la bomba para que ésta pueda fluir de un punto a otro. Se puede observar que la potencia útil (otorgada al fluido) representa entre entre un

20−40

respecto a la potencia que recibe la bomba, generalmente una potencia eléctrica por parte de un motor, este porcentaje es característico en estos tipos de bombas (centrifugas) además de presentar otros tipos de dificultades, mencionadas en los párrafos anteriores. ● En la gráfica No 2, se observa que la potencia real se encuentra dentro de los valores maximos y minimos, y presentando una relación directamente proporcional, los datos de este gráfico se relacionan con los del gráfico N o 4, ya que a medida que el caudal aumenta también aumenta el NPSHr y disminuye el NPSHd, es decir elevados caudales aumentan la potencia real y los riesgos de cavitación en la bomba.

IV. Conclusiones ● entre

La bomba centrífuga, presente en laboratorio, opera con una eficiencia que va

20−40

dependiendo de las condiciones de presión. Se encontró una

eficiencia máxima del variable) y de

33,47

39,76

(a presion de succion constante y presión de descarga

(a presión de succión variable y presión de descarga

constante). ●

Se determinó que el caudal influye de forma directamente proporcional con la

potencia real, potencia útil, NPSHd, NPSHr y con la eficiencia (hasta cierto punto). Además el caudal influye de forma inversamente proporcional a la carga neta o total (altura del proyecto). ●

Las Gráficas N°04 y N°09 comparan el comportamiento de las curvas NPSH (d)

y NPSH (r) respecto al caudal, se observa que los valores de NPSH (d) están muy por encima que los valores de NPSH (r), teniéndose:

NPSHd> NPSHr

(no habrá

19

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Bombas cavitación), este resultado es de suma importancia al momento de tener que elegir una bomba pues nos asegura que no ocurra el fenómeno de cavitación en nuestra bomba, llevando a un deterioro de la misma. ●

Cuando se desea diseñar un sistema de transporte de líquidos donde se use

bombas, es necesario informarse acerca del funcionamiento de la misma, respecto a sus requerimientos energéticos asociados con el flujo del fluido a través de tuberías y rios, además de conocer la energía que la bomba suministra al fluido (potencia útil), estas características resultan determinantes cuando nosotros como ingenieros tengamos que decidir la elección de la bomba más adecuada para el sistema de transporte de donde se esta evaluando.

V. Recomendaciones ●

Para tener una mayor exactitud en las lecturas de presión (hechas en el

manómetro y vacuómetro), es necesario colocar los dispositivos mencionados a una determinada distancia respecto a la posición de la bomba. Esa distancia es determinada a partir de cálculos de flujo de fluidos. ●

Se debe evitar estar prendiendo y apagando la bomba varias veces durante la

práctica. Cuando la bomba se enciende debemos dejarla por un tiempo para que se estabilice y deje de tener efectos de la potencia de arranque. ●

En la tubería de descarga, a la salida de la bomba, debe instalarse una válvula

check y una válvula de compuerta, en ese orden. La primera tiene por objeto evitar el retorno del líquido cuando se detenga la bomba, en el caso de la válvula de compuerta, esta sirve para la regulación del caudal y para interrumpir el flujo en el caso de eventuales reparaciones. ● Se recomienda que la tubería de succión tenga un diámetro mayor que la tubería de descarga. ● Para arrancar la bomba, se recomienda que la válvula de descarga está parcialmente cerrada y la valvula de succion completamente abierta; luego abra la descarga lentamente para prevenir el golpe de ariete.

20

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Bombas ● Las válvulas de compuerta no se deben abrir completamente en su utilización, sino en forma intermedia ● Si hubiera riesgo de ocurrir cavitación (es decir en condiciones extremas), la regulación debe hacerse paso a paso o mediante la isión de aire en el punto de regulación.

VI. Bibliografía ●

Rivero Palacio, Federico. (2008). Mecánica de los fluidos, Bombas Centrífugas.

Colombia. ●

Ibarz, Albert y Barboza,Gustavo.(2005).Operaciones unitarias en la ingeniería de

alimentos. España, Mundi prensa. ● ●

Jr., Arthur A. Bell. HVAC Equations Data and Rules of Thumb. sl.: McGraw, 2006 Cavitacion en bombas centrífugas: origen y efectos

www.udec.cl/josefcastillo/cavitacion.pdf 11/07/2013

21

Laboratorio de operaciones unitarias 1 VII. Anexos

Bombas

Principios teóricos Las bombas incrementan la energía mecánica del líquido, aumentando su velocidad, presión o elevación, o las tres anteriores.Las dos clases principales son las bombas de desplazamiento positivo y las bombas centrífugas.(Ibarz, )

Figura 1.Fuente: Rivero Palacio, 2008 A) Bombas de desplazamiento positivo: Un volumen determinado de líquido es encerrado en una cámara, la cual se llena alternativamente desde la entrada y se vacía a una presión más alta a través de la descarga. A.1 Bombas reciprocantes: Las bombas de pistón, de émbolo y de diafragma son ejemplos de bombas reciprocantes. En una bomba de pistón, el líquido pasa a través de una válvula de retención de entrada al interior del cilindro mediante la acción de un pistón y entonces es forzado hacia afuera a través de una válvula de retención de descarga en el recorrido de regreso. La mayor parte de las bombas de pistón son de doble acción, es decir, el líquido es itido alternadamente a cada lado del pistón, de manera que una parte del cilindro se esta llenando mientras otra se vacía. El pistón se acciona mediante un motor a través de una caja reductora. La presión máxima de descarga para bombas de pistón comerciales es de alrededor 50 atm. Para presiones más elevadas se utilizan bombas de émbolo. Un cilindro de pared gruesa y diámetro pequeño contiene un émbolo reciprocante perfectamente ajustado que es una extensión de la barra del pistón. Al final del recorrido del émbolo llena prácticamente todo el 22

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Bombas espacio del cilindro. Las bombas de émbolo son de simple efecto y por lo general son accionadas por un motor. Pueden descargarse a presiones 1500 atm o más. En una bomba de diafragma, el elemento reciprocante es un diafragma flexible de metal, plástico o hule. Esto elimina la necesidad de empaques o cierres expuestos al líquido bombeado, lo que constituye una gran ventaja cuando se manipulan líquidos tóxicos o corrosivos. Las bombas de diafragma manejan de pequeñas a moderadas cantidades de líquido, hasta alrededor de 100 gal/min, y pueden desarrollar presiones superiores a 100 atm. La eficiencia mecánica de las bombas reciprocantes varía entre 40 y 50% para bombas pequeñas y de 70 a 90% para las grandes. La relación entre el volumen del fluido descargado y el volumen barrido por el pistón o émbolo se llama eficiencia volumétrica. En las bombas de desplazamiento positivo la eficiencia volumétrica se mantiene casi constante al aumentar la presión de descarga, si bien disminuye algo como consecuencias de las fugas. Debido a la constancia del flujo de volumen, las bombas de émbolo y diafragma son muy utilizadas como bombas de medición.(Singh-2001) A.2 Bombas rotatorias Tienen nombre como bombas de engranaje, de lóbulo, de tornillo, de leva y de aspa.

A

diferencia de las bombas reciprocantes, las bombas rotatorias no contienen valvulas de retencion. Las bombas rotatorias operan mejor en fluidos limpios y moderadamente viscosos y operan con presiones de descarga superiores a 200 atm. El líquido entra a la línea de succión por la parte inferior de la coraza, es atrapado en los espacios que existen entre los dientes y la coraza y circula hacia la parte superior de la misma y finalmente es lanzado hacia la línea de descarga. El líquido no puede volver a la cámara de succión debido al estrecho ajuste de los engranajes en el centro de la bomba.

B) Bombas centrifugas Es la segunda clase más importante de bombas luego de las bombas de desplazamiento positivo, la energía mecánica del líquido se aumenta por la acción centrífuga. El liquido entra a través de la conexion de succion concéntrica al eje del elemento giratorio de alta velocidad llamado impulsor el cual esta provisto de aspas radiales inherentes con el mismo. El líquido

23

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Bombas fluye hacia fuera por el interior de los espacios que existen entre las aspas y deja al impulsor a una velocidad considerablemente mayor con respecto a la entrada del mismo. El fluido recibe energía del impulsor que a su vez se transmite al mismo por un par de fuerzas del eje motor que es accionado por motor de velocidad constante. (Ibarz- Barboza, 2005) Interpretación de las alturas: Los fluidos, en su desplazamiento por una tubería, poseen una energía total, que se descompone en tres diferentes: ❏ Energías potencial: La debida a la altura geodésica de la partícula de fluido o altitud respecto de un plano horizontal cualquiera. ❏ Energía debido a la presión de fluido, llamada altura de presión. ❏ Energía cinética debido a la velocidad del fluido. La suma de las tres alturas (altura total) permanece constante en un fluido ideal a lo largo de una tubería (filamento de corriente) y es lo que se conoce como la ecuación de bernoulli.

H=Z 1+

P1 P V 21 V 22 + = Z2+ 2 + γ γ 2g 2g

Terminología de Bombas Centrífugas Carga de una bomba centrífuga Para explicar la carga que desarrolla una bomba, se tomará, como ejemplo la instalación que se muestra en la figura 2, en la que se tiene una sola tubería y una bomba que transporta el fluido entre dos depósitos. El líquido entra a la bomba por una toma de succión en el punto 1 y sale en la tubería de descarga por el punto 2, entregándole al fluido un trabajo. Aplicando la ecuación de bernoulli entre los puntos 1 y 2, se tiene. ❑2

❑2

P1 u P2 u + Z 1 +α +H = + Z 2+ α +Δ h ρ. g 2g ρg 2g H=

1-2

, despejando H, se tiene:

P2 P 1 u 2❑2 u 1❑2 − + Z 2−Z 1+ α −α +Δ h ρ g ρg 2g 2g

1−2

H: Es el trabajo que la bomba le entrega al fluido en unidades de longitud y se le conoce como carga de la bomba. Entre los puntos 1 y 2, la única fricción que existe es la que se produce en el interior de la bomba y esta se incluye en el rendimiento de la misma, por lo tanto, se puede despreciar el 24

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Bombas término h1-2.=0. La diferencia de altura entre la entrada y salida de la bomba, Z 2- Z1, suele ser muy pequeña o igual a cero y puede ser eliminada de la ecuación

Δ Z=0 . Si las tuberias

de succion y descarga son del mismo tamaño las cargas correspondientes a la velocidad se cancelan, sin embargo, en general la tubería de succión es mayor que la de descarga, en este caso se verá que el término es muy pequeño la ecuación se escribe entonces.

H=

P2−P1 α + ρg 2g

❑2

❑2

(u 2 −u 1 )

Es la diferencia entre la cabeza de descarga y la de succión, calculada a través de un balance de energía mecánica entre los puntos de suministro del fluido y succión de la bomba y de la descarga de la bomba hacia su destino.

H=H d −H s Donde:

H=Carga Total (m) H s=Carga estáticade succión(m) H d =Carga estática de descarga(m)

Para esto, se define:

Carga Total (H).- Es la energía que necesita el líquido para vencer la altura estática total más las pérdidas en las tuberías y rios del sistema.

(P❑2−P❑1) (V ❑22−V ❑21) ¿ x V ❑2des ¿ x V ❑2¿ ❑ ❑ H= + +( Z ❑2 −Z ❑1 )+ f +f γ 2 xg D x2 x g D x2 x g Donde:

H=Carga total (m)

P1=Presión absoluta de succión(Kgf /m2 ) P2=Presión absoluta de descarga ( Kgf /m2 ) γ =Peso específico del fluido (Kgf /m 3) V 2=velocidad de descarga(m/s )

25

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Z 2=altura haciael punto 2(m) g=aceleración de la gravedad (m/ s2 ) Carga estática de succión.- Es la distancia vertical entre el nivel del agua que se bombea y el nivel medio de la bomba. Cuando la bomba aspira desde un nivel inferior al nivel medio, la presión en la tubería de succión es menor que la atmosférica, por esta razón resulta negativa. Si el nivel de agua esta por encima del nivel medio, esta recibe el agua con una presión estática por encima de la atmósfera y se considera positiva. Carga estática de descarga.- Es la distancia vertical entre el nivel medio de la bomba y el nivel al cual se eleva el agua. Caudal o capacidad de la bomba: Es el volumen de líquido impulsado por una bomba en una unidad de tiempo

[ Q ] =L❑3 . t❑−1 .

El gasto volumétrico se puede expresar como el producto de la velocidad del fluido por el área transversal del ducto en el que fluye.

Q=V × A

Q=gasto volumétrico (m 3 /s) V =velocidad del fluido( m/s)

A= Área de la seccióntransversal de la tubería(m 2 ) Carga estática total: Es la distancia vertical entre los niveles del líquido en los puntos de succión y descarga.

26

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

figura 2. Elementos que conforman un sistema de bombeo Fuente: Rivero Palacio, 2008. Carga de fricción: Es la carga, expresada en unidades de longitud, necesaria para vencer la resistencia de las tuberías de succión, descarga y los rios que contenga el sistema. Presión de succión: Se refiere a la altura desde la cual el fluido puede ser succionado por la bomba, pudiendo ser presión de succión positiva o negativa, dependiendo de la posición relativa de la bomba con el nivel del fluido. Presión de descarga: Se refiere a la altura a la cual puede ser bombeada un fluido. Carga de la bomba o altura de bombeo: Caracteriza a la energía específica cedida por la bomba al líquido. NPSH (Net Positive Suction Head): Es decir la carga de succión positiva, la cual se define como la diferencia entre la carga total de de succión menos la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, llamandose asi

NPSH D

(disponible) que se reduce con los

aumentos de capacidad por las pérdidas de fricción en la tubería de succión y

NPSH R

(requerida) aumenta como el cuadrado de la capacidad.Para que una bomba centrífuga opere satisfactoriamente, es necesario que el líquido no vaporiza dentro de la bomba o en línea de succión ya que provocará un desgaste prematuro del impulsor (cavitación) La NPSH es la presión atmosférica menos la suma de de elevación de succión y la presión de vapor del agua.

27

Laboratorio de operaciones unitarias 1

NPSH

D

Bombas

¿ ( Patm−Pv H O ) /γ −( V 22) / 2 g−Δ Z+ hf 2

Para que la bomba opere correctamente, se debe cumplir que:

NPSH γ =0.00125 ( Q ×n❑2 ) 0.67 Donde:

Q=caudal ( m ❑3 / s ) n=R . P . M

NPSH disponible

≥ NPSH requerido

Potencia de una bomba centrífuga .- Es la energía requerida para transportar un fluido por unidad de tiempo. HPH (potencia que la bomba entrega al fluido) .- Es el producto del peso específico del fluido por el flujo de operación por el cabezal total desarrollado por la bomba a ese flujo de operación:

HPH=Q × H × γ Donde:

Q=caudal(m3 /s) H=altura del proyecto (m) γ =Peso específico del agua(998.42 Kgf /m3)

BHP (entrada a la bomba o potencia de freno).- Es la potencia que se entrega al eje de la bomba, conocida como la potencia de freno:

BPH =VxI Donde:

V =voltaje (V )

I =amperaje , corrientede la bomba (A )

28

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Bombas Eficiencia de la bomba.- BPH y HPH deberían coincidir en el valor pero no lo hace debido a que siempre hay pérdidas, aunque se sabe que para cualquier bomba se debe cumplir que HPH

n=

HPH x 100 BPH

Rendimiento de una bomba centrífuga: Cuando un líquido fluye a través de una bomba, sólo parte de la energía comunicada por el eje del impulsor es transferida al fluido. Esta pérdida de energía es debido al choque que produce el líquido a la entrada del impulsor, a la fricción que se genera por el paso del fluido a través del espacio existente entre los álabes y las pérdidas de altura al salir el fluido del impulsor. El trabajo que la bomba le entrega al fluido viene dado por la ecuación

W =m. g .h

La potencia que la bomba le suministra al fluido es:

P=

El rendimiento

η=

dW dm =gH = ρ gQH dt dt

η de una bomba viene dado por la ecuación: potencia suministrada al fluido ρ gQH = N potencia en el eje(al freno)

(Rivero Palacio, 2008)

Elevación de succión y cavitación: La potencia calculada mediante

P=m ΔH /ŋ

depende

de la diferencia de presión entre la descarga y la succión, y es independiente del nivel de presión. A partir de consideraciones de energía, es irrelevante que la presión de succión sea inferior o superior a la presión atmosférica, siempre que el fluido permanezca en estado líquido. Sin embargo, si la presion de succion es solo ligeramente mayor que la presión de vapor, es posible que algo del líquido se evapore súbitamente dentro de la bomba, dando lugar a un proceso llamado cavitación, el que reduce de manera importante la capacidad de la bomba y causa una severa erosión. Si la presion de succion es en realidad menor que la presión de vapor, se producirá vaporización en la línea de succión, y el líquido no puede entrar a la bomba. Para evitar la cavitación, es preciso que la presión a la entrada de la bomba exceda a la presión de vapor en un cierto valor, llamado carga neta de succión positiva (NPSH, net positive

29

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Bombas suction head). El valor requerido de la NPSH es alrededor de 2 a 3m (5 a 10 ft) para bombas centrifugas pequeñas; pero el valor aumenta con la capacidad de la bomba, la velocidad del rotor y la presión de descarga. Valores hasta de 15 m se recomiendan para bombas muy grandes. (Ibarz-Barboza, 2005)

Figura Nº3: Gráfica q vs NPSH disponible

Figura Nº 4: Bombas centrífugas - Difusores (a) de voluta (b) de turbina

30

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

. Figura Nº5: Bombas rotatorias.

Figura Nº6: Principio de funcionamiento de una Bomba

31

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Figura N° 07: Flujograma de la experiencia 32

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Curvas Características de las Bombas: Un sistema de bombeo se caracteriza por un conjunto de curvas que describen el comportamiento durante su operación. Estas curvas se denominan curvas características, todas ellas se trazan en función de caudal y a una velocidad de giro constante. Curva Caudal Vs Eficiencia.- La eficiencia de la bomba es una curva característica de un sistema de bombeo que se traza en función del caudal a una velocidad de giro constante. La eficiencia de una bomba es la relación entre la potencia hidráulica agregada por la bomba al fluido y la potencia eléctrica consumida por el motor. El valor de la eficiencia es cero, cuando el caudal es cero, a medida de que el caudal aumenta, la eficiencia aumenta a un valor máximo, denominado punto máximo de rendimiento. A partir de este punto, al aumentar el caudal, la eficiencia disminuye.

Curva Caudal Vs Energía.- La curva de funcionamiento de una bomba es una gráfica que muestra la energía total desarrollada por la bomba en función del caudal entregado por la misma, a una velocidad de giro constante. La altura total entregada por la bomba disminuye a medida que el caudal aumenta. El cálculo de la altura total entregada por la bomba requiere que se aplique el teorema de Bernoulli (explicada anteriormente) entre la succión (entrada) y la descarga (salida) de la bomba.

33

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Curva Caudal Vs NPSH .- La cabeza neta de succión positiva disponible ( NPSH d ¿ también es una curva característica que se obtiene en función del caudal a una velocidad de giro constante. El

NPSH d esta en función de las propiedades del fluido y de las

características del sistema de bombeo. El

NPSH d debe ser mayor o igual que el

NPSH r

para asegurar la calidad de la bomba y evitar la cavitación.

34

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Cálculos Ejemplos de cálculos Los ejemplos que se muestran a continuación han sido calculados para la SERIE 1 (presion de succion constante y presión de descarga variable) - corrida 1 - repetición 1. De la mismo forma se calculó para todas las corridas y repetición de la SERIE 2 (presión de succión variable y presión de descarga constante). 1.- Cálculo del caudal Tomamos como ejemplo la corrida N°1 de la SERIE 1 (presion de succion constante y presión de descarga variable) con sus 4 tiempos correspondientes que son:

t 1 =31 s , t 2 =31 s , t 3 =32 s , t 4=33 s Q=(área x altura de medición)/tiempo a)

Q=

( 0.60mx 0.60 mx 0.1m) 31 s

Q=1.16129 ×10−3 m3 /s b)

Q=

0.60 m× 0.60 m×.1 m 31 s

Q=1.16129 ×10−3 m3 /s c)

Q=

0.60 mx 0.60 mx 0.1 m 32 s

Q=1.125 ×10−3 m3 /s

35

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

d)

Q=

0.60 m× 0.60 m× 0.1m 33 s

Q=1.0909 ×10−3 m3 / s Este cálculo será realizado para todos los demás tiempos 2.- Cálculo de la velocidades de succión y de descarga 2.1.- Cálculo de la velocidad de succión:

Vsucción=

Vsucción=

Q A

4 xQ 2❑ Π x (Dsucc .)❑ 3

Vsucción=

4 x 0.0012m❑ / s 2❑ 3.1416 x (0.0525 m)❑

Vsucción=0.5543 m/s 2.2.- Cálculo de la velocidad de descarga:

Vdescarga=

Vdescarga=

4 xQ Π x ( Ddesc .)❑2❑

4 x 0.0012 m❑3 /s 3.1416 x (0.0409 m)❑2❑

Vdescarga=0.9134 m/ s 3.- Cálculo de los Reynolds de succión y de descarga

36

Laboratorio de operaciones unitarias 1 3.1.- Para Reynolds de succión:

ℜ=

Bombas

ρ x Dsucc . x Vsucc . μ ℜ=29667.9

3.2.- Para Reynolds de descarga:

ℜ=

ρ x Ddesc . x Vdesc . μ 3

(998.08 kg / m❑ )x (0.0409 m) x (0.9134 m/ s) ℜ= 0.000979 kg/ m. s

ℜ=38086.1 4.- Cálculo del Factor de fricción de Darcy para la succión y descarga 4.1.- Factor de fricción de Darcy para la succión: −0.25

Fd=0.32 x ( ℜ≻.)❑

Fd=0.32 x (29667.9)❑−0.25 Fd=0.0244

4.2.- Factor de fricción de Darcy para la descarga: −0.25

Fd=0.32 x (ℜ desc .)❑

37

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas −0.25

Fd=0.32 x (38086.1)❑ Fd=0.0229

5.- Cálculo de pérdidas 2

hf ≻¿

2

Fd≻× L×Vsucc 0.0244 ×0.248 × 0.5543 = =0.0018 m Dsucc ×2 × g 0.0525 × 2× 9.8

hf desc=

Fdesc × L ×Vdesc 2 0.0229× 1.206 ×0.9134 2 = =0.0287 m Ddesc × 2× g 0.0409 ×2 × 9.8

6.- Cálculo de presiones

Psucc|¿| Patm−Psucc manom .

Psucc|¿|756 mmHg×

13.6 kgf /m2 345.32 kgf /m2 −3 pulg Hg× =9245.64 kgf / m2 1 mmHg 1 pulg Hg Pdesc|¿| Patm−Pdesc manom

Pdesc|¿|756 mmHg×

13.6 kgf /m2 703.07 kgf /m 2 +15 pulg Hg× =20827.65 kgf /m2 1 mmHg 1 pulg Hg

7.- Cálculo de la altura del proyecto (H)

H=

( Pd−Ps ) ( Vd 2−Vs2 ) + + ( zd−zs ) +hf totales γ 2g

38

Laboratorio de operaciones unitarias 1 2

H=

Bombas 2

2

2

2

( 20827.65−9245.64 ) kgf /m ( 0.9134 −0.5543 ) m / s❑ + + ( 0.841m ) +0.0287 m+0.0018 m 3 2 998.42 kgf /m 2× 9.81 m/s H=12.4987 m

8.- Cálculo de NPSHr y NPSHd: NPSHd:

NPSHd=h atm−h vap−h≻−h m P atm−Pvap Vsu c ❑2 f ≻× Vsuc c❑2 × L Vsuc c❑2 NPSHd= − − − (Σ K )− ΔZ ϒ 2g 2× g × D 2×g ➔ Datos: Constantes:

Variables: - Vsuc c=0.5543 m/ s

- Patm=10300.154 Kgf /m❑❑2 - Pvap=253.73 Kgf /m❑2

-

f ≻¿ 0.0244

- ϒ =998.42 Kgf /m❑2 - g=9.81m/s ❑2 - D=0.0525 m ❑2 - Σ K =0.85 m - Δ Z=0.841 m ➔ Reemplazando: ➔

39

Laboratorio de operaciones unitarias 1

m/s 0.5543 ¿❑ ¿ ¿2 ¿ 0.5543 m/ s ¿❑2 ×(1.657 m) ¿ ❑2 0.5543 m/s ¿ ¿ ¿ ¿ (10300.154−253.73) Kgf /m❑2 NPSHd= −¿ (998.42) Kgf /m❑2

Bombas

NPSHd=9.1802 m NPSHr:

Q∗n❑2 ¿❑0.6 NPSHr=0.00125∗¿ Datos: Constantes: -

Variables:

n=3450rpm

-

Q=0.0012 m❑3 /s

Reemplazando:

0.0012 m❑3 / s ×345 0❑2 ¿❑0.67 NPSHr=0.00125 ׿ 9.- Cálculos para hallar la eficiencia de la bomba 9.1 Cálculo de la Potencia Real (BPH):

BHP=V x I BHP=150 V x 3,67 A

40

Laboratorio de operaciones unitarias 1

BHP=0,5505 KW

Bombas

* Para nuestro caso, el Voltaje en V es constante (150V) y la corriente en A (3.67A) sólo para la primera corrida, en la tabla se explica el valor de la corriente para las distintas corridas 9.2 Cálculo de la Potencia Útil (HPH):

HPH=Q × H × γ 3 998.42 Kgf /m ¿ ¿ ) 1 Kg 101.972 Kgf .m/ s HPH=(0.0012 m3 /s)(12.4987 m)¿ HPH=0.1649 KW Donde:

Q=caudal(m3 /s) H=altura del proyecto (m) γ =Peso específico del agua( 998.42 Kgf /m3) 9.3 Cálculo de la eficiencia de la bomba (n)

n=

n=

HPH ×100 BPH

0.1469 ×100 =26.67 0.5505

41

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

IMÁGENES Imagen N°1: Cronómetro

Imagen N°2: Termómetro

42

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Imagen N°3: Cinta métrica

Imagen N°4: Válvula (arriba) y manómetro (abajo)

43

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Imagen N°5: Instrumento de medición para el caudal

Imagen N°6: Bomba centrifuga usada en el laboratorio

44

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Imagen N°7: Marca de la Bomba

45

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Imagen N°8: Datos respecto a la bomba

Imagen N°9:

Vacuómetro

Imagen N°10: Válvula de compuerta entre un tubo recto y un tubo de codo

46

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Imagen N°11: Válvula

de compuerta (izquierda)

y válvula de globo

(derecha)

Imagen N°12: Tanque de descarga de hierro galvanizado

47

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

GRÁFICAS SERIE 1 Gráfica N°01: Caudal vs Eficiencia

48

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Gráfica N°02: Caudal vs Potencia Real

49

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Gráfica N°03: Caudal vs Potencia Útil

50

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Gráfica N°04: Caudal vs NPSH (requerido y disponible)

51

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Gráfica N°05: Caudal vs Potencia (Real y útil)

Bombas

Gráfica N°06: Caudal vs Carga Total

52

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

53

Laboratorio de operaciones unitarias 1 SERIE 2

Bombas

Gráfica N°07: Caudal vs Eficiencia

54

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Gráfica N°08: Caudal vs Potencia Útil

55

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Gráfica N°09: Caudal vs Potencia Real

56

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Gráfica N°10: Caudal vs NPSH (requerido y disponib

Bombas

Gráfica N°11: Caudal vs Potencia (Real y útil)

57

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Gráfica N°12: Caudal vs Carga Total

58

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

59

Laboratorio de operaciones unitarias 1 USOS Y APLICACIONES DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Bombas

Las bombas centrífugas son equipos para bombear fluidos corrosivos y no corrosivos a una eficiencia hidráulica máxima..

Ventajas principales de las bombas centrífugas Son más económicas que las bombas de émbolo equivalente. Las bombas centrífugas son muy versátiles en sus capacidades y presiones. Algunas ventajas son: ● ● ● ● ● ● ● ● ●

Caudal constante Presión Uniforme Sencillez de construcción Tamaño reducido Bajo rendimiento Bajo mantenimiento Flexibilidad de regulación Vida útil prolongada No tienen movimientos alternativos

Campos de aplicaciones de las bombas centrífugas Las bombas centrífugas son las bombas que más se aplican en diversas industrias, en las que destacan: ●

Industria alimenticia: Saborizantes, aceites, grasas, pasta de tomate, cremas, vegetales

trozados, mermeladas, mayonesa, chocolate, levadura y demás. ● Industria de cosméticos: Cremas y lociones, tintes y alcoholes, aceites, entre otras. ● Industria farmacéutica: Pastas, jarabes, extractos, emulsiones. Bebidas: leche, cerveza, aguardientes, concentrados de fruta, jugos y más. Otros químicos: Solventes, combustibles y lubricantes, jabones, detergentes, pinturas, gases licuados, etcétera.

Principio del funcionamiento de las bombas centrífugas Las bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dos niveles y transforman un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico. La energía se comunica al líquido por medio de álabes en movimiento de rotación, a diferencia de las bombas de desplazamiento volumétrico o positivo, de las rotativas (de engranajes, tornillos, lóbulos, levas, etcétera) y alternativas de pistón, de vapor de acción directa o mecánicas.

Los elementos que forman una instalación con una bomba centrífuga 1. Empaque. 2. Flecha. 3. Rodete. 4. Voluta. 5. Entrada. 6. Anillo de desgaste.

60

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

7. Difusor. 8. Salida.

● ●

Una tubería de aspiración que termina en la brida de aspiración. Dentro de una cámara hermética dotada de entrada y salida gira una rueda (rodete), el

verdadero corazón de la bomba. ● El rodete es el elemento rodante de la bomba que convierte la energía del motor en energía cinética.El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta la entrada del rodete y este ● (alimentado por el motor) proyecta el fluido a la zona externa del cuerpo-bomba debido a la fuerza centrífuga producida por la velocidad del rodete. ● El líquido, de esta manera, almacena una energía (potencial) que se transformará en caudal y altura de elevación (o energía cinética). ● La voluta es una parte fija que está dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete a su salida. ● Una tubería de descarga conectada con la bomba, el líquido se encanalará fácilmente, llegando fuera de la bomba.

EVALUACIÓN MEDIANTE RÚBRICAS ARTÍCULO EXPERIENCIA DEL LABORATORIO ECUACIÓN DE LA EVALUACIÓN: Condiciones límites Si: Promedio (For y Par) < 16 entonces la nota del Informe de laboratorio (INF) es 0.80 INF.

61

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Si: Promedio (For y Par) < 11 entonces la nota del Informe de laboratorio (INF) es 0.55 INF. Entonces

INF=0.25 PROM (ℜ ,∫ , Mat , Bib)+0.40( R∧D)+ 0.15 PROM ( Est , Eq , Tab , Fig)+0.20( Anexos) 20 - 16 Formato (For) Hoja tamaño A-4 en márgenes Sup e Inf 2.5; Izq 3.5 y Der 2.5 e Interlineado 1.5. Arial 11

Participación (Par) Herramienta de verificación el historial del Documento Drive

Resumen (Re)

Introducción (Int) Se usa como max dos páginas. Se establece en las mismas los objetivos del laboratorio.

Materiales y Métodos (Mat)

Resultados y Discusión (R&D)

15 - 11

10 - 5

4-0

Cumple con las especificaciones del formato, cumple con la estructura que se dio para el informe, además de anexos y referencias bibliográficas. La redacción del informe se hace en el estilo APA.

Cumple con las especificaciones del formato, cumple con la estructura que se dio para el informe

Solo cumplio con algunas de ellas o al menos las especificaciones del formato

Hicieron como les parece, sin cumplir con ninguna de las especificaciones acerca del formato

Todo el grupo ha participado de manera coordinada usando el tiempo designado para la elaboración del informe.

La mayoría al menos tres estudiantes han participado de manera coordinada en todo en la realización del documento

Solo uno o dos estudiantes han participado de manera coordinada en todo en la realización del documento

Han hecho a última hora, pero aducen que ya lo tenían en word, y que recién se han puesto de acuerdo para unir su informe, a última hora.

Se usa 250 palabras, se describe el experimento y los resultados obtenidos expresados en rangos de validez estadística.

Se utilizó más palabras que las indicadas, la descripción del experimento no es completa y los resultados tampoco son completos

El resumen es incompleto y no hay resultados

El resumen está a medio hacer

Se establece todos los conceptos (citados bibliográficamente) necesarios para explicar el experimento, incluido las herramientas estadísticas usadas. Para ello si se necesita para ser ampliadas se usa los anexos

Falta algunos conceptos u otros estan demas ya que no fueron usados en el experimento, no esta incluido los conceptos de herramientas estadísticas. Los conceptos bibliográficos son usados de páginas Webs de origen desconocido

Los conceptos vertidos en esta sección son insuficientes y están mal redactados

El contenido de esta sección no tiene nada que ver con el experimento realizados

Se describe los materiales utilizados en el laboratorio, los métodos usados describen las mediciones experimentales y son descritas las herramientas estadísticas usadas y son citados bibliográficamente usando el estilo APA

La descripción de los materiales y métodos son descritos de maneras incompleta, pero es redactado correctamente usando las técnicas descritas en el item anterior

La descripción de los materiales y métodos son descritos de maneras incompleta, y es redactado a libre criterio del grupo

La descripción de los materiales y métodos son descritos de maneras incompleta, y no contempla casi nada de lo que se hizo en el experimento

Los resultados y discusión se redacta independientemente de las tablas y/o figuras, hay una falta de coordinación pero se usa el estilo de redacción APA

Los resultados y discusión se redacta independientemente de las tablas y/o figuras, hay una falta total de coordinación, el uso de citas bibliográficas es pobre.

Los resultados y discusión se redacta a continuación de las tablas y/o figuras de manera concatenada usando el estilo de redacción APA Se compara los datos experimentales de los

Los resultados y discusión se redacta independientemente de las tablas y/o figuras, se redacta al sentido común, repitiendo lo que ya que esta en tablas o figuras. Esta incompleto.

62

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

teóricos a la luz de las herramientas estadísticas y comparándolas con otras bibliografías.

Bibliografía (Bib) redactado en estilo APA

Herramientas estadísticas (Est) El uso de las herramientas estadísticas pueden ser importadas en forma de imagen desde excel u software estadístico

Ecuaciones (Eq)

Tablas (Tab) Tamaño de letra arial de forma libre para que cuadre con el documento

Figuras (Fig) Las medidas experimentales son representadas como puntos, las medidas teóricas también como puntos diferentes, pero el modelo estadístico y las bandas max y min son líneas continuas

Anexos (An) Usando la hoja de cálculo de Drive

Se utiliza bibliografía de libros y de sitios WEB de procedencia científica y es correctamente citado en el informe.

Se utiliza bibliografía de sitios WEB de procedencia científica y es correctamente citado en el informe.

Se utiliza bibliografía de sitios WEB de dudosa procedencia y es citado en el informe pero no de forma correcta.

Las herramientas estadísticas son definidas en la introducción, y son especificadas en los materiales y métodos. Y son mostrados en tablas y en figuras. Usados para la discusión en los resultados y discusiones

Las herramientas estadísticas no son mostradas en la introducción, pero se hace uso en el resto del documento

Las herramientas estadísticas son usadas solo en los resultados y discusión, pero aun asi se hacen uso de ellas en parte de la discusión así sea de forma poco correcta

Las herramientas estadísticas no son mostradas en ninguna parte del documento o del informe de la laboratorio

Las ecuaciones son numeradas usadas con las herramientas del documento drive y el formato es el mismo que el texto. Las ecuaciones son citadas en los resultados y discusión de acuerdo a su numeración

Las ecuaciones son numeradas pero algunas de ellas son usadas en la redacción del informe de laboratorio

Las ecuaciones no son numeradas y son importadas de otro sitio en forma de imagen. Son usadas de forma parcial en el texto

Las ecuaciones no son numeradas, están en desorden, y no son usadas en la redaccion del texto..

Las tablas tienen información relevante con el experimento, son numeradas y son usadas como referencia para la discusión de los resultados

Las tablas tienen información que no es contemplada en el experimento, son numeradas y parte de ella son usadas como referencia para la discusión de los resultados

Las tablas tienen información que no es contemplada en el experimento, no son numeradas, están en desorden y parte de ella son usadas como referencia para la discusión de

Las tablas tienen poca información que no es contemplada en el experimento, no son numeradas y solo se repite sus datos en los resultados y discusión.

Las figuras ilustran las tendencias de los datos, el proceso llevado a cabo en el experimento, es citado como referencia en los resultados y discusión. Se usa rótulos, leyendas, y correcta escala de ejes. Su enumeración y títulos son debajo de la figura.

Las figuras ilustran las tendencias de los datos, el proceso llevado a cabo en el experimento, es citado como referencia en los resultados y discusión. Pero hay deficiencias en la edición de los mismos,

Las figuras ilustran las tendencias de los datos, el proceso llevado a cabo en el experimento, no es citado correctamente como referencia en los resultados y discusión. Pero hay deficiencias en la edición de los mismos,

Las figuras estan mal editadas, no se guarda unidades correctas en las mediciones no son usadas en la redacción de los resultados y discusión

Se usan los anexos para poner la secuencia de los cálculos en las etapas de la experimentación y los calculos y las graficas se realizan en esta aplicacion. Salvo algunos calculos que necesariamente se deban hacer en excel.

La secuencia de los calculos en las etapas de la experimentacion son copiadas y pegadas de una fuente externa ejm Excel. Limpieza en los calculos y orden.

Los anexos están en desorden, no hay claridad en los cálculos

La bibliografía presentada no tiene nada que ver o no fue usada en el informe de laboratorio.

No hay anexos

63

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

64